Обоснование и разработка технологии пищевых хитозановых композиций с использованием СО2-экстрактов фитосырья Балабаев Владимир Станиславович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы 12

1.1. Хитин и хитозан: особенности строения и свойств, характеристика биологических источников .12

1.2. Современные подходы к получению хитина и хитозана 23

1.3. СО2-экстракты фитосырья как компонент антиоксидантной защиты пищевых систем и продуктов питания 28

1.4. Перспективные направления использования хитозана в пищевых системах и барьерных технологиях 40

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть, объекты и методы исследований 47

2.1. Объекты исследований .47

2.2. Схема экспериментальных исследований .50

2.3. Методы исследований .51

2.4. Статистическая обработка результатов эксперимента 60

ГЛАВА 3. Обоснование сырьевой базы и совершенствование подходов к получению хитозана из псс ракообразных 61

3.1. Сравнительная оценка технологичности альтернативных сырьевых источников для получения хитозана 61

3.2. Разработка способа получения хитозана с использованием электрофизической обработки ПСС 64

3.3. Исследование показателей хитозана, полученного при помощи электрофизической обработки .73

3.4. Исследование спектральных характеристик хитозановых субстанций 78

ГЛАВА 4. Получение и комплексная оценка свойств хитозановых композиций, модифицированных бав фитосырья 84

4.1. Выбор источников БАВ в составе фитосырья для разработки хитозановых композиций с заданными барьерными свойствами 85

4.2. Подбор органических растворителей для получения хитозановых композиций и исследование их физико-химических свойств 88

4.3. Изучение сорбционных свойств хитозана по отношению к БАВ растительного сырья 92

4.4. Разработка рецептур и технологии получения хитозановых композиций, исследование их свойств 103

ГЛАВА 5. Использование хитозановых композиций при производстве формованных рыбных и мясных рубленых полуфабрикатов 114

5.1. Разработка рецептур и оценка показателей качества формованных рыбных полуфабрикатов с использованием хитозановых композиций 114

5.2. Применение хитозановых композиций в барьерных технологиях формованных рыбных полуфабрикатов 124

5.3. Разработка рецептур и оценка показателей качества мясных рубленых полуфабрикатов с использованием хитозановых композиций .131

5.4. Совершенствование барьерных технологий мясных рубленых полуфабрикатов с использованием хитозановых композиций 141

Выводы 151

Список использованных источников .

• СО2-экстракты фитосырья как компонент антиоксидантной защиты пищевых систем и продуктов питания
• Схема экспериментальных исследований
• Разработка способа получения хитозана с использованием электрофизической обработки ПСС
• Подбор органических растворителей для получения хитозановых композиций и исследование их физико-химических свойств

Введение к работе

Актуальность работы. Актуальной проблемой на современном этапе развития техники и технологий является обеспечение качества жизни населения через питание при негативных факторах внешней среды. В «Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации» (Указ Президента РФ от 30.01.2010 г. № 120) и «Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 г.» (Распоряжение Правительства РФ от 25.10.2010 г. № 1873)» изложены положения, указывающие на необходимость сохранения и поддержание здоровья человека путем обеспечения населения функциональным питанием. Другими не менее важными задачами являются: расширение ассортимента высококачественных продуктов здорового питания, изыскание способов компенсации негативных изменений сырья в производственном цикле, повышение их стойкости в хранении и биологической ценности.

Перспективным сырьём для решения поставленных задач является природный полимер хитин и его простейшее производное - хитозан. Результаты исследований хитозана в медицине, экологии, агробиологии служат предпосылкой для его использования в технологии пищевых продуктов (Скрябин К.Г., Вихорева Г.А., Варламов В.П.идр.,2002).

Степень разработанности темы. Значительный вклад в подходы к рациональному использованию хитозансодержащего сырья, а также получению на его основе пищевых добавок, покрытий, биологически активных ингредиентов внесли ученые - сотрудники ВХО, ВНИРО, ВНИИМП, ДВФУ, КубГТУ, ВГУ. Наиболее значимыми в этой области являются работы авторов Быковой В.М., Варламова В.П, Хисматуллина Р.Г., Скрябина К.Г., Сафроновой Т.М., Масловой Г.В., Ежовой Е.А., Касьянова Г.И., Вихоревой Г.А., Немцева СВ., Gil G, Muzzarelli R.A.A., Azad А.К. и других отечественных и зарубежных ученых. Однако, несмотря на перспективность получения и применения хитозана в пищевой промышленности, как компонента самоорганизующихся биополимерных систем с полифункциональными свойствами, внедрённых решений крайне недостаточно, что объясняется как дефицитом хитозана, так и отсутствием современных технологий его получения. При этом реализация технологии хитозановых композиций как носителей биологически активных ве-

ществ сверхкритических С0₂-экстрактов лекарственных растений и специй представляет большой интерес, что обусловлено уникальным строением этого природного биополимера и наличием большого количества реакционноспособных групп.

Современные тенденции в питании и рост потребительского спроса предопределяют интенсификацию научных и практических разработок по улучшению качества пищевых продуктов. Привлекают внимание рыбные и мясные полуфабрикаты, как объекты для эффективного использования потенциала биологически активных веществ (БАВ) фитосырья, многие виды которого проявляют выраженные бактерио-статические свойства в сочетании высоким уровнем антиоксидантной активности.

Цель работы - научное обоснование технологии пищевых хитозановых композиций с заданными барьерными свойствами и разработка рекомендаций по их использованию в производстве продуктов питания из сырья животного происхождения.

Основные задачи исследования:

1. Обосновать выбор сырьевых объектов для пищевых хитозановых композиций.

1. Разработать техническое решение, которое позволит интенсифицировать процессы измельчения и депротеинирования панцирьсодержащего сырья гидробио-нтов при получении хитина за счет электрофизической обработки.

2. В экспериментальных условиях апробировать технологию получения хитозановых композиций с использованием ССЬ-экстрактов фитосырья, исследовать их антиоксидантные и бактериостатические свойства.

3. Изучить параметры спектров флуоресценции хитозановых субстанций и установить их соответствие с физико-химическими характеристиками образцов хи-тозана в составе субстанций.

4. Обосновать рецептурный состав хитозановых композиций с заданными барьерными свойствами для использования в технологиях производства пищевых продуктов из сырья животного происхождения.

5. Исследовать органолептические и барьерные свойства пищевых хитозановых композиций с использованием С0₂-экстрактов фитосырья

6. Обосновать способы использования хитозановых композиций в рецептурах формованных рыбных и мясных рубленых полуфабрикатов, исследовать их химический состав, показатели качества и безопасности.

8. Разработать техническую документацию на хитозан пищевой из панциря креветки, полуфабрикаты формованные рыбные и мясные рубленые с хитозановыми композициями. Провести оценку экономической эффективности предлагаемых технических решений.

Положения, выносимые на защиту:

условия и режимы интенсификации химико-технологических процессов получения хитина из ПСС креветок с использованием электрогидравлических ударов;

сорбционная емкость хитозана в отношении БАВ фитосырья с гидрофобными свойствами в составе СОг-экстрактов;

барьерный эффект хитозановых композиций в отношении различных групп микроорганизмов, в т.ч. условно-патогенных и микроорганизмов порчи;

рецептурный состав хитозановых композиций и направления их использования в качестве компонента рецептур формованных рыбных и мясных рубленых полуфабрикатов.

Научная новизна. Обоснованы условия и режимы получения хитина из пан-цирьсодержащего сырья креветок с использованием электрогидравлических ударов.

Установлено, что для проведения флуориметрической идентификации хитозана целесообразно использовать 1-анилин-8-нафталинсульфанат (АНС). Выявлены параметры спектров флуоресценции молекул АНС в хитозановых субстанциях -пленках и гелях и соотнесены с физико-химическими характеристиками образцов хитозана в составе субстанций.

Выявлены закономерности изменения динамической вязкости хитозановых дисперсий при использовании в качестве диспергирующего агента пищевых органических кислот в процессе структурирования от времени и температуры.

Установлена сорбционная емкость хитозановых композиций, полученных с использованием в качестве диспергирующего компонента янтарной кислоты по отношению к БАВ в составе ССЬ-экстрактов фитосырья (кориандр, тмин, кардамон, розмарин, шалфей, розовый перец).

Подтверждена гипотеза о барьерных свойствах композиций хитозана с использованием С СЬ-экстрактов фитосырья в качестве их рецептурных компонентов.

Практическая значимость работы. Разработан способ получения хитина и

хитозана с использованием электрогидравлических ударов, осуществляемых при помощи сверхдлинных разрядов, который позволяет совместить технологические процессы измельчения и депротеинирования ПСС ракообразных, сократить общую продолжительность и трудоёмкость процесса, улучшить экологическое состояние производства.

Разработаны рецептуры хитозановых композиций с БАВ фитосырья и обосновано их применение в двух направлениях: в качестве функционально-корректирующего компонента рецептур рыбных и мясных полуфабрикатов, а также для формования на поверхности изделий пищевых покрытий, обладающих заданными барьерными свойствами.

Предложены рецептуры и модифицированные технологические схемы производства формованных рыбных и мясных рубленых полуфабрикатов с использованием хитозановых композиций, обеспечивающие расширение ассортимента изделий, коррекцию функционально-технологических свойств и пищевой ценности, а в пищевых защитных покрытиях улучшающих хранимоспособность полуфабрикатов.

Разработанные и модифицированные технологии прошли промышленную апробацию на ЗАО «ТехИнМаш», г. Воронеж; ВООИ «Синтез» г. Воронеж; на производственном комплексе предприятия общественного питания ФБГОУ ВПО Воронежский ГАУ, г. Воронеж.

На новые продукты и полуфабрикаты разработана техническая документация: ТУ 9289-021-00492894-2015 «Хитозан пищевой из панциря креветки», ТУ 9214-022-00492894-2015 «Полуфабрикаты мясные рубленые с хитозаном», ТУ 9266-029-00492894-2016 «Полуфабрикаты формованные рыбные замороженные с хитозаном».

Новизна технических решений подтверждена патентом на полезную модель RU 159385 «Устройство для получения хитозана из панцирьсодержащего сырья ракообразных», положительным решением о выдаче патента РФ от 10.05.2016 г. по заявке № 2015122399 «Способ получения хитозана» от 06.04.2015.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует пунктам 7, 8, 9 паспорта специальности 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной ра-

боты доложены и обсуждены в период 2013^-2015 гг. на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I; международных и всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Современные материалы и технологии их создания» (Воронеж, 2013; 2015); «Инновационные технологии на базе фундаментальных научных разработок - прорыв в будущее» (Воронеж, 2013); «Инновационные разработки молодых ученых Воронежской области - на службу региона» (Воронеж, 2013) «Молодежный вектор развития аграрной науки (Воронеж, 2014); «Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции» (Воронеж, 2015); VI Международном научном аграрном симпозиуме - International Scientific Agricultural Symposium «Agrosym 2015» (Bosnia, Jahorina, 2015).

Разработки отмечены дипломами научно-технических выставок Экспоцентра ВГАУ: Воронежагро-2014 (Воронеж, 2014), «Территория вкуса» (Воронеж, 2015), золотой медалью выставки «Агросезон-2015» (Воронеж, 2015).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 18 работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 7 статей в научно-технических журналах и материалах конференций, б тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает список сокращений, введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложения. Работа содержит 237 страниц машинописного текста, в том числе 62 страницы приложений, 42 таблицы, 40 рисунков. Библиография включает 190 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Личный вклад автора состоит в постановке и выполнении эксперимента, активном участии в интерпретации результатов, написании статей, заявок на изобретения, подготовке докладов и выступлениях на конференциях и конкурсах, лабораторно-производственной апробации результатов.

СО2-экстракты фитосырья как компонент антиоксидантной защиты пищевых систем и продуктов питания

Лидерами крупнотоннажного производства хитина и хитозана являются преимущественно Китай и Япония, где производится более 1,5 тыс т хитина и хитозана ежегодно. На страны ЕС (Италия, Норвегия, Польша) приходится до 100 т годового выпуска хитозана. На сегодняшний день промышленное производство хитина и его производных получило развитие в Индии, Южной Корее и США. В России общий объем выпуска хитина и хитозана достигает 80 т в год. В небольших объемах производство хитозана налажено в таких странах, как Вьетнам, Таиланд, Бразилия, Куба, Аргентина и Пакистан [2; 17; 24].

Мировой рынок хитозана по состоянию на 2010 г оценивался приблизительно в 13,7 тыс. т, с трендом повышения объемов его производства к 2015 г. до 21,4 тыс. т. Представляют интерес оценки глобального рынка хи-тозана, сделанные аналитиками ведущих мировых компаний. В частности, эксперты компании Global Industry Analysts (www.strategyr.com), оценивают объем рынка на 2015г в размере 21,4 млрд долл. США. Росту рынка хитозана способствует расширение областей применения этого полимера, что подтверждается динамикой роста публикаций в научно-технической литературе, ключевыми словами в которых являются «хитин» и «хитозан». За период с 2000 по 2012 г. количество таких публикаций возросло в 7,2 раза (К.Г. Скрябин и др., 2010; 2013).

Сырьевая база для производства хитина и хитозана в разных странах имеет свою специфику. Например, в Японии и Китае для этих целей используют ПСС из крабов и креветок, в США – ПСС из крабов и омаров. В РФ к традиционным сырьевым источникам для промышленной переработки с получением хитина и хитозана относятся ПСС камчатского краба (Paralithodes camtschaticus), краба-стригуна (Chionoecetes opilio) Дальневосточного рыбопромыслового бассейна. Креветки имеют большое промышленное значение, их доля составляет 70 % от числа всех промысловых ракообразных. Имеются данные о целесообразности использования для получения хитозана ПСС уг-лохвостой креветки (Pandalus goniurus) Северного рыбопромыслового бас-20 сейна [32]. Характеризуя тенденции развития отечественного производства хитина и хитозана, представляется целесообразным рассмотреть в качестве альтернативных такие сырьевые источники, как панцирь рака речного (Astacus astacus) [48], отходы промышленного производства вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus) [18; 22].

Показано, что хитозан, полученный из панциря рака речного (Astacus astacus отряда Decapoda), по комплексу физико-химических свойств, установленных методами термогравиметрии, эмиссионого спектрального анализа, инфракрасной спектроскопии, методом спектра мутности, поляриметрии, идентичен хитозану, полученному из панциря камчатского краба (В.Ф. Аб-дуллин, 2006).

В.И. Горностаем (2007) для получения хитозана из панциря рака речного использованы методы инженерной энзимологии. Результаты показывают, что хитозан, полученный с использованием ферментных препаратов «Про-тепсин» и «Коллагеназа» по функционально-технологическим свойствам применим для получения быстрозамороженных рубленых полуфабрикатов, с использованием мясного и рыбного сырья [48].

Различные виды панцирьсодержащих отходов (панцирь рака, панцирь креветки, рачок гаммарус) были использованы для отработки щадящей технологии получения хитина и хитозана и последующей идентификации физико-химических свойств полученных образцов (С.Ю. Солдатова, 2015). Наряду с возможностью взаимозаменяемости данных сырьевых источников, установлено, что на молекулярную массу получаемого хитозана, помимо вида сырья, способа выделения хитина и метода его ацетилирования, влияют также условия хранения и сроки сбора сырьевых источников.

Насекомые могут служить потенциальным источником хитина и хито-зана. Основными особенностями кутикулы насекомых являются низкое содержание минеральных веществ (2-5 %), что позволяет исключить стадию деминерализации, и присутствие в кутикуле взрослых насекомых большого количества меланинов (30-40 %), что приводит к введению дополнительной стадии - обесцвечивания. В качестве сырья можно использовать кутикулу взрослого насекомого (имаго), куколки, и особенно личинки насекомых, содержащих еще несклеротизированную кутикулу.

В литературе мало информации об использовании насекомых для получения хитина и хитозана. Это связано с определенными сложностями разведения и сбора, а также индивидуальными особенностями сырья. В качестве сырья используются насекомые, легко поддающиеся массовому разведению (мухи, тараканы) или являющиеся побочным продуктом других производств (тутовый шелкопряд, пчелиный подмор).

Одним из эффективных методов борьбы с вредителями растений (колорадские жуки, жуки-щелкуны, жуки-типографы и др.) является использование феромонных ловушек, привлекающих взрослых особей одного пола и нарушающих процесс массового воспроизводства. Установка и обновление феромонных ловушек позволяет собирать биомассу жуков в значительных количествах (в среднем 45 г сухих жуков с одной ловушки в сутки).

Схема выделения хитина и хитозана из биомассы сухих жуков-щелкунов (Agriotestauricus) включает: депротеинирование (10 % NaOH, 70 С, 2 ч), обесцвечивание (3 % Н2О2, 75-80 С, 1 ч) и деацетилирование (50 % NaOH, 125-130 С, 1,5 ч). При таких условиях получали хитозан со следующими характеристиками: выход - 10%, СД-82%, ММ-360 кДа [102].

В последнее время представляет интерес разработка технологии выделения хитина из отходов мицелия грибов - продуцентов органических кислот, антибиотиков и ферментов. Согласно литературным данным клеточная стенка гриба Аspergillus niger, являющегося продуцентом лимонной кислоты и отходом ее производства, может содержать до 20 % хитина [26; 166]. Выделение хитина из этого вида сырья потенциально выгодно, поскольку не требует затрат на его добычу и при этом достигается одновременная утилизация отходов биомассы [101].

Схема экспериментальных исследований

Сущность метода заключается в окислении йодида калия перекисями в кислой среде. Продуктом реакции является молекулярный йод, который количественно определяют путем титрования раствором гипосульфита натрия, в присутствии индикатора - крахмала.

Функционально-технологические показатели (ВУС, ВСС, ЖУС, ЭС, СЭ) определяли согласно рекомендациям [9]. Физико-химические показатели хитина и хитозана устанавливали в соответствии с ГОСТ 7636-85.

Молекулярную массу хитозана определяли вискозиметрически. Суть метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести. Навеску хитозана предварительно диспергировали в янтарной кислоте. Использовали капиллярный вискозиметр Убеллоде с диаметром 0,54мм при температуре окружающей среды 20 0С. Молекулярную массу рассчитывали по уравнению Марка-Куна-Хаувинка [43].

Степень деацетилирования устанавливали методом потенциометрического титрования на универсальном ионометре ЭВ-74 с использованием стеклянного электрода. Метод базируется на титровании хлористого водорода, связанного с молекулой хитозана. Исследования осуществлялись путем титрования раствора хитозана, раствором гидроксида натрия [63].

Динамическую вязкость хитозановых дисперсий исследовали с использованием ротационного вискозиметра RHEOTEST 2.1 (Германия) при температуре 20 C и на вибровискозиметре SV-10 (Япония) в интервале температур 21-31 С [127]. Идентификацию структуры продуктов, полученных путем химической обработки хитинсодержащего сырья, осуществляли методами ИК- и флуоресцентной спектроскопии.

Инфракрасная спектроскопия

Подготовку образцов к исследованию с использованием метода ИК-спектроскопии проводили путем нанесения тонкой пленки образца на кремниевую подложку [64]. ИК-спектры образцов хитозана, полученных по разным технологиям, снимали на спектрофотометре Vertex70 («Bruker», Германия) в области = 4000-400 см-1.

Спектральные свойства хитозановых субстанций изучали на флуоресцентном двухлучевом сканирующем спектрофотометре PERKIN ELMER Lambda 800 по ОФС 42 – 0045 - 07. Спектры флуоресценции регистрировали при 20 С в зеркальной кювете с длиной оптического пути 1 см в диапазоне 400–550 нм (при возбуждении на 370 нм) и 430–500 нм (при возбуждении на 380 нм). Светопропускающие щели устанавливали по 8 мм. Образцы для флуоресцентных исследований, содержащие хитозан и гидрофобный краситель с концентрацией 1 10-6 моль/дм3, инкубировали в течение 2-3 часов при 20 С. Спектры флуоресценции растворов красителей и хитозановых субстанций вычитались из спектров флуоресценции образцов. При определении степени поляризации использовали длины волн возбуждения 380 нм и излучения - 430 нм. Светопропускающие цели устанавливали по 8 нм.

Величину светорассеяния определяли на спектрофлуориметре аналогично предыдущим опытам (в зеркальных кюветах) при скрещенных монохроматорах: при одинаковой длине волны 560 нм (щель 8 нм в первом монохроматоре и 1 нм во втором) в канал регистрации попадал рассеянный свет, пропорциональный размерам частиц и их количеству.

Хитозановые покрытия готовили из хитозановых дисперсий с добавлением АНС с концентрацией 1,56 10-6 моль/ дм3 методом растекания на полиэтиленовой, либо стеклянной подложке с последующим испарением кислоты на воздухе. Пленки выдерживали до испарения кислоты при комнатной тем-53 пературе в течение 36 - 48 ч. Для исследования пленки наносились на покровные стекла и помещались в стеклянные кюветы по диагонали. Спектры флуоресценции снимали в диапазоне 430-500 нм, при длине волны возбуждения 310 нм. Светопропускающие щели устанавливали размером по 5 нм на возбуждение и по 2,5 нм на излучение.

Определение бактериостатической активности хитозановых композиций определяли диско-диффузионным методом [98; 123].

Для получения основного раствора использовали навеску продукта массой 0,2 г, растворенную в ацетоне объемом 1,8 cм3.

Инкубирование посевов чистой культуры возбудителя на чашки Петри проводили при температуре 37 С в течение суток, после чего проводили измерение диаметров зон задержки роста микроорганизмов.

Для определения безвредности и биологической активности образцов использовали тест-культуру Paramecium caudatum [6]. Индекс биологической активности (1БА) рассчитывали по формуле: т 2БА — — , (2.1) 1К где to - продолжительность жизни клеток опытного образца под действием разрешающего фактора, мин; їк - продолжительность жизни клеток контрольного образца под действием разрешающего фактора, мин. При 1БА =1,0 ± 0,1 объект биологически не активен, при ІБА 1,0 ± 0,1 -объект повышает жизнеспособность клеток, при ІБА 1,0 ± 0,1 - объект снижает жизнеспособность клеток. Для расчета индекса интенсивности размножения клеток (7) использовали формулу: 1 Т У , (2.2) где РО2 - плотность инокулята в опыте в конце инкубации; Ркі - плотность инокулята в контроле в начале инкубации; Рк2– плотность инокулята в контроле в конце инкубации; Рої - плотность инокулята в опыте в начале инкубации. Модельные пленки анализировали по физико-химическим показателям по стандартным методикам с использованием рекомендаций [9; 10]. Массу пленки площадью 1 м2 определяли гравиметрическим методом. Для определения массовой доли влаги в хитозановых пленках использовали термогравиметрический метод. рН водной вытяжки определяли потенцио-метрическим методом. Был использован рН - метр марки рН-121. Для оценки целесообразности использования СО2-экстрактов растительного сырья в качестве источника антиоксидантов применяли методы УФ-спектроскопии и оценивали их антиоксидантную активность, используя кверцитин в качестве стандарта. Содержание флавоноидов в хитозановых композициях. Суммарное содержание флавоноидов в хитозановых композициях определяли с использованием фотоколориметрического метода при = 408-420 нм. В качестве стандарта использовали ГСО рутина [100; 126].

Разработка способа получения хитозана с использованием электрофизической обработки ПСС

Хитозан – это катионный водорастворимый полиэлектролит, у которого при значениях рН ниже рКа 6,5 аминогруппы протонизированы. Благодаря своей химической природе он способен к различным видам взаимодействия, с образованием четырех основных типов связей: ионных, водородных, гидрофобных, а также связей по типу комплексообразовния, в котором хито-зан выступает в роли ядра комплекса. Ионные взаимодействия происходят за счет аминной группы. Поликатионный характер данного полисахарида открывает широкие перспективы его использования.

В работе [33] теоретически и экспериментально доказана способность низкомолекулярного хитозана в форме солей глутаминовой и янтарной кислот к образованию наноразмерных комплексов. В качестве структурообразующих компонентов комплексов, апробированы, в частности гидрозид изони-котиновой кислоты, а также ряд производных пиридазина. Представляет интерес получение бионанокомплексов хитозана с БАВ фитосырья. Имеется гипотеза, что механизм синергического эффекта связан с образованием комплекса цитостатиков с олигомерами хитозана – фитохитодезов [33]. При этом мономер и димер могут выполнять роль проводника цитостатиков, а избы-92 точное их количество или все формы – роль антиоксиданта. Подобный синергизм может реализоваться и в действии композиций хитозана с фитосы-рьем, в которых совмещаются различные органические и неорганические вещества с молекулами хитозана полифракционного состава от мономерного звена – глюкозамина до макромолекул с молекулярной массой 350 кДа.

Установлено, что «гибридные молекулы» хитозана с экстрагируемыми веществами из фитосырья могут образовываться в самом процессе получения фитохитодезов. Подтверждением этому является образование ацетамидных групп по трем характерным сигналам в ИК-спектре пленки хитозана в солевой форме с уксусной (дейтероуксусной и хлоруксусной) кислотой при длительной сушке в обычных условиях. Это означает, что водородные связи органической кислоты с неподеленной электронной парой атома азота и протонов NH2 -групп с неподеленными электронными парами атомов кислорода органической кислоты после отщепления молекул воды превращаются в ковалентную амидную связь.

Наиболее вероятно, что переходный комплекс может быть образован карбоксильной группой органической кислоты, одной молекулой воды и аминогруппой хитозанового звена. При этом комплекс состоит из трех циклов, один из которых является шестичленным, а два других – четырехчленными. Шестичленный цикл образуется связями N - H от NH2-группы, O- H от молекулы воды и C = O от карбоксильной группы. Роль этого цикла заключается в повышении электрофильности атома углерода в C = O -связи карбоксильной группы, что облегчает перегруппировку всего комплекса и образование N - C -связи. Стоит отметить, что это может происходить тем в большей степени, чем больше будет кислотность протона, образующего водородную связь с атомом кислорода C = O -группы. В реальных условиях это обусловливается линейными ассоциатами молекул воды, у которых аналогично спиртам и фенолу кислотность будет возрастать с увеличением числа молекул в ассоциате. Один из четырехчленных циклов образуется связями N - H от NH2 -группы и C - O от СОН карбоксильной группы, второй - связями С - О - H и атомом азота от NH2 -группы. При этом у всех атомов кислорода задействована только одна из двух неподеленных электронных пар [112].

Для количественной оценки сорбционной способности хитозана по отношению к СО-экстрактам растительного сырья нами был выполнен сенсо-рометрический анализ на установке «Электронный нос» с применением газовых пьезосенсоров [76]. После проведения процесса сорбции и фиксирования результатов принимали, что при возбуждении переменным током изменение собственной резонансной частоты колебаний кристалла (8-10 МГц) определяется изменением массы на его электродах.

Выбор сорбентов обусловлен химической природой исследуемых биологически активных веществ СО2-экстрактов: кардамон - пинен, фитостерины; черный тмин - эвгенол, коричный альдегид (жирноароматический ненасыщенный альдегид); розмарин - стерины, фенольные соединения; розовый перец -терпены, фитостерины; кориандр - терпеноиды, фитостерины; шалфей - эвгенол, кариофиллен.

В качестве чувствительных пленок на электроды пьезорезонаторов наносили сорбенты различной полярности, что связано со сложным составом аромата растительного сырья.

Так как чувствительность микровзвешивания ароматических веществ зависит от массы пленок на электродах, их наносили в оптимальном интервале 8-15 мкг. В идентичных условиях получены изотермы сорбции различных объемов равновесных газовых фаз СО2-экстрактов на чувствительных сорбентах. Определены области линейности откликов сенсоров. Исходя из чего, был выбран оптимальный объем равновесной газовой фазы вводимых проб, который составил 2 мкл. Выходная кривая сенсора в экспонировании его в парах экстрактов - хроночастотограмма (зависимость AF = f(r)). На ней отражаются особенности сорбции ароматов каждого СО2-экстракта на чувствительных пленках сенсора. Характер хроночастотограммы учитывали при разработке алгоритма опроса сенсоров и построении «визуальных отпечатков» аромата. По результатам проведенных исследований были построены визуальные отпечатки СО2-экстрактов кардамона, кориандра, черного тмина, красного перца, розмарина, шалфея в сочетании с хитозановой дисперсией: - проба 1 – дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с перцем розовым; - проба 2 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с розмарином; - проба 3 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с кориандром; - проба 4 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с шалфеем; - проба 5 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с кардамоном; - проба 6 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте в сочетании с черным тмином; - проба 7 - дисперсия хитозана в янтарной кислоте; - проба 8 - дисперсия хитозана в уксусной кислоте.

На следующем этапе испытаний была установлена эффективность связывания хитозаном летучих органических веществ СО2-экстрактов растительного сырья из газовой фазы. Навески массой по 1 г пробы помещали в плоскодонные конические колбы, добавляли 50-200 мкл СО2-экстрактов. Содержимое колб тщательно перемешивали в течение 24 часов на установке УВМТ-12-250. Затем с помощью шприцев отбирали по 2 см3 газовой фазы и проводили исследования на установке «электронный нос».

Для установления различий в содержании и природе легколетучих соединений в равновесной газовой фазе над пробами, приготовленными по разным рецептурам, сравнивали величины откликов всех выбранных сенсоров в массиве (таблица 4.2).

Подбор органических растворителей для получения хитозановых композиций и исследование их физико-химических свойств

При хранении пищевых продуктов, содержащих в своем составе липи-ды, возникают различные их превращения под действием физико-химических и биологических факторов. Окислительные и гидролитические процессы, вызванные превращением липидов, могут снизить качество продуктов и привести к их порче. В процессе хранения меняется их химический состав, снижаются органолептические показатели и пищевая ценность. Скорость данных процессов зависит как от вида сырья, так и от условий, при которых хранятся продукты.

В рамках исследования влияния защитного покрытия, образованного хитозановыми композициями с СО2экстрактами фитосырья, на увеличение сроков годности мясных рубленых полуфабрикатов нами получена динамика изменения пероксидного и кислотного чисел контрольных (без хитозановых композиций) и опытных образцов в течение 120 суток хранения при темпера-147 туре минус 18 0С (рисунки 5.14 – 5.15). Экспериментальным путем установлено, что нанесение на поверхность образцов хитозановых композиций положительно влияет на стабилизацию липидной фракции полуфабрикатов при хранении - пероксидное число оставалось ниже на 5 ммоль активного кислорода на кг жира, чем в образце в традиционной панировке; кислотное число ниже на 2,3 мг КОН на кг жира для образцов полуфабрикатов в защитных покрытиях с хитозановой композицией №1 с хитозановой композицией №2 контроль 1 0 15 30 45 60 75 90 105 120 Продолжительность хранения, сут.

Данное обстоятельство связано с тем, что порог восприятия органами чувств человека у продуктов окисления липидной фракции довольно низкий, что снижает срок годности мясных рубленых полуфабрикатов. Результаты проведенных исследований свидетельствуют об ингибирующем влиянии хитозано-вых композиций на процессы гидролиза и перекисного окисления липидов за счет воздействия как активных веществ СО2экстрактов (фенольных дитерпе-нов, в том числе карнозиновой кислоты, эфирных масел, биофлавоноидов, ка-техинов), так и самого хитозана, проявляющего антиоксидантную активность, на реакции окисления, протекающие по свободнорадикальному механизму. Все эти факторы благоприятно влияют на качество мясных рубленых полуфабрикатов, способствуя улучшению вкуса, аромата и стабилизации цвета изделий.

До 80 суток признаков порчи и существенных различий в органолепти-ческих показателях контрольного и опытных образцов не выявлено. По прошествии 80 суток в контрольном образце были отмечены неприятные вкус и запах «старого сала», что свидетельствует об окислительной порче липидов, консистенция готового продукта стала более рыхлой. Органолептическая оценка полуфабрикатов в защитных покрытиях оставалась положительной на протяжении периода испытаний в тепчение 120 суток хранения.

Экспериментальные данные по динамике изменения общей микробной обсемененности мясных рубленых полуфабрикатов при хранении в замороженном состоянии представлены на рисунке 5.16. Результаты исследований показывают, что на 15 сутки хранения происходит небольшое уменьшение общего количества микроорганизмов в образцах с использованием хитозано-вых композиций, что является следствием гибели части микроорганизмов под действием хитозана. При дальнейшем хранении наблюдается медленный рост количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов в опытных образцах с хитозановой защитной композицией. Вместе с тем, значения микробиологических показателей на 120 сутки хранения не превышают допустимых значений для мясных рубленых полуфаб-149 рикатов. Патогенные организмы, в том числе бактерии рода Salmonella, энте-ропатогенные эшерихии в замороженных полуфабрикатах не выявлены. Результаты микробиологических исследований говорят о том, что в контрольных образцах отсутствуют возбудители пищевых токсинов, токсикоинфек-ций и острых кишечных инфекций. Бактерии группы кишечной палочки и стафилококки также не были выявлены в течение всего периода хранения.

На протяжении всего периода хранения мясных рубленых полуфабрикатов при температуре не выше минус 18 С происходит накопление микробной микрофлоры. Отмечено, что показатель КМАФАнМ для изделий с использованием хитозановых пленочных композиций не превышал, в отличие от контрольных, допустимых значений. Исходя из коэффициента резерва для скоропортящейся продукции 1,2, можно установить, что срок годности данного вида продукции составляет не более 100 суток.

Таким образом, хитозановые композиции эффективны в качестве средства антиоксидантной защиты продуктов и способствуют пролонгации сроков годности изделий в качестве защитных покрытий. Они обладают барьерными свойствами для обеспечения качества и безопасности мясных рубленых полуфабрикатов.